Našim střevním souputníkům se přezdívá „naše druhé já“. Jednak proto, že z pohledu počtu buněk, jich je víc, a také že každý, do značné míry podle způsobu života, máme jakési individuální komunity mikrobů - specifickou „sbírku", která má vždy jakési společné „jádro". To dokládá sada genů, bez nichž se jen těžko obejdeme. Společný komplex genů bývá považován za doplňkové, ale charakteristické vybavení jedince. Jakoby geny našeho mikrobiomu byly naším podpisem. Samozřejmě, že se podpis s postupujícím věkem a podmínkami poněkud mění, ale totéž říkají i grafologové. (Credit: CC0 Public Domain)

Mikrobiom mnozí označují za orgán, o němž jsme dlouho nevěděli, ačkoli patří v našich tělech k těm největším. Jde zhruba dva kilogramy mikrobů v našich střevech. Početně jich jsou triliony a většinou k nám jsou přátelští. Bez jejich přičinění bychom se k mnoha živinám z toho co sníme, nikdy nedostali. Ohromující je i jejich diverzita čítající okolo tisíce druhů. Pokud bychom mikrobiom za náš orgán přijali, tak nám vznikne problém, protože náš orgán (respektive střevo) by představoval stokrát více genů než kolik jich má zbytek organismu. Ale dost takových úvah, stejně jsme je uvedli jen proto, abychom si uvědomili, že taková masa produkuje tolik různých metabolitů, že není divu, že strkají prsty do mnoha věcí, které se v nás dějí. V nejnovějším čísle odborného časopisu Science se tucet amerických vědců ze severní Karolíny, New Yorku a Massachusetts se podepsalo pod studii, která jmenuje dva bakteriální kmeny, které svému nositeli, v případě letálních dávek ionizujícího záření, zvyšují šance na přežití.

Elitáři a ti obyčejní

Při pokusech s myšmi vědce upoutalo malé procento těch, které jednak přežily vysokou dávku záření a poté se dožívaly normální délky myšího života.

Hao Guo, University of North Carolina at Chapel Hill, Severní Karolína, USA.

U „elitních“ chlupáčů, jak si je nazvali, se jali sledovat kdeco. Přišli na to, že se liší ve střevních mikrobiomech. Pochopitelně, že si nemohli nechat ujít možnost vyzkoušet, přenést elitářství na myší mrzáky (myši které nemají v zažívacím traktu téměř nic a říká se jim bezmikrobní gnotobionti). A také na „normální“ myši z low society (náhodně vybrané jedince z normálního chovu, z něhož pocházeli i řídce se vyskytující enormně odolní jedinci). Jinak řečeno na myši, které s největší pravděpodobností žádnými extra odolnými nebyly.

Elitu z běžných jedinců se pokusili udělat poněkud dehonestujícím způsobem, kterému se v publikacích ještě nedávno říkalo transplantace fekálií. Jak se zdá, tak se terminologie mění a autoři v publikaci nechutnost zabalili do společensky přijatelnější formulace, píší o „přenosu štěpem mikrobiomu“. Slovíčkaření není důležité, podstatné je konání a v tom vědci neponechali nic náhodě. Případné poddimenzování štěpování, raději posichrovali ještě tím, že pokusné myši přenesli do špinavých klecí znečištěných výkaly elitářů.

Coprococcus eutactus – jeden z „ochranářů před ionizujícícm zářením“, jmenovaný v publikaci, náleží k anaerobním bakteriím střevního traktu. Náleží do čeleďi Lachnospiraceae a řadí se ke klostridiím. (Zdroj: http://eol.org/data_objects/3602616, Wikipedia).

A skutečně!

Z obyčejných udělali elitáře, kteří se se zátěží z ozáření vyrovnávali snáz. Ve vědecké hantýrce to autoři popsali: „Důkazem radioprotekce je vylepšené klinického skóre“.

Čím mikrobi újmě z radiace brání?

Mikrobiom uvolňuje do střev a celého těla tolik metabolitů, že jimi promlouvá od obezity přes kolitidu, odolnost vůči bakteriálním i virovým infekcím, až po odolnost k rakovině. A dokonce strká prsty i do naší nálady. To všechno už jsou věci nějakou dobu známé. Podstatou dnešního sdělení je, nás mikrobiom umí podržet i v situaci, kdy jsme vystaveni enormním dávkám radiace. Ochranu nám v tom mají zajišťovat mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA) a metabolity tryptofanu. Obě uvedené látky prostupují stěnou střeva do krevního oběhu a v tkáních navozují efekt snižování hladin prozánětlivých cytokinů. V publikaci se uvádí TNF-alfa (Tumor necrosis factor) a interleukin-6. Kromě efektu snižování „pro“ zajišťují ještě stimulaci „proti“. Stimulují sekreci protizánětlivých interferonů a protizánětlivých cytokinů.

Jeden ze zástupců enterokoků (Enterococcus faecalis), Gram-pozitivní, komensální bakterie

gastrointestinálního traktu.

(Credit: CC0 Public Domain).

Dirigování popsaného „pro“ a „proti“ by mělo být oním mechanismem, kterým správně složený mikrobiom brání, aby se v radiací narušených tkáních rozběhly procesy do takových obrátek, že začne docházet až sebe poškozování. Tím se zde myslí zhoubná role překotné zánětlivé odpovědi, ne nepodobné té, jakou dokáže nastartovat COVID-19.

Které z breberek v mikrobiomu jsou těmi hlavními ochránci?

Z toho, co vědci nazývají asociační analýzou, jim vypadly enterokoky - grampozitivní bakterie čeledi Enterococcaceae náležejí k laktobacilům (řád Lactobaciles). A ještě bakterie z čeledi Lachnospiraceae, náležející ke klostridiím.

Nejde ale jen o myši. Klinický význam dvou zmíněných mikrobiálních čeledí podpořila analýza mikrobiomů lidských pacientů s leukémií, kteří byli vystaveni ozařování celého těla. Ne, neprováděli jim žádný přenos fekálií, jen rozbor jejich přirozené stolice. I ten ale zjistil v podstatě totéž, co u myší. Zvýšenou četnost zástupců Lachnospiraceae a Enterococcaceae. Spojení jsou statisticky významná pro hodnoty obnovy krve tvorby a menšího rozvratu zažívacího traktu a omezení nežádoucích projevů.

Producenty jednoho z protizánětlivých interleukinů jsou pomocné T lymfocyty (Th17 buňky). Kredit: The New York Academy of Sciences.

Na myších si vědci vyzkoušeli, zda by místo fekálií nešlo léčbu provádět přímo dodáním extra dávek mastných kyselin, zejména propionátu. I v tomto pokuse došlo k navození větší odolnosti vůči záření a menšímu poškození DNA v buňkách. U čtyřnohých pacientů, kterým přilepšili mastnými kyselinami, se v krvetvorných orgánech uvolňovalo menší množství volných radikálů (vysoce reaktivních a škodlivých forem kyslíku). Dalším pátráním se podařilo zjistit, kterými z metabolických drah se elitáři odlišují. Tím základem odolností k nemoci z ozáření by měly být dva metabolity tryptofanové dráhy.  1H-indol-3-karboxaldehyd (I3A) a kyselinu kynurenovou (KYNA).

Mohlo by jít o něco, co by se na jiných pracovištích nemuselo potvrdit?

Nejspíš ne. Parta Guové totiž jen poněkud rozšířila něco, co před tím pozorovala již řada dalších týmů. Tak třeba Číňané vedeni Jun Li z Hongkongské univerzity. I oni ukázali, že se dá úpravou mikrobiomu potlačit tvorba prozánětlivého interleukinu a zvýšit produkce protizánětivého interleukinu. I v jejich případě šlo o blahodárný vliv. Rozdíl byl jen v tom, že v jejich případě nešlo o myší dobrovolníky ozařované, ale o ty, kteří se nechali infikovat buňkami hepatocelulárního karcinomu. V čínských pokusech imunomodulačního efektu (rovněž ve smyslu zvýšení produkce protizánětlivých metabolitů) docilovali posílením zastoupení laktobacilů a escherichií ve střevním traktu.

Závěr

Navzdory tomu, že většina výsledků pochází z pokusů na tvorech čtyřnohých, obdobné korelace ve vztahu ke složení mikrobiomu u lidských leukemických pacientů, dává spolupráci radiologů s gastrology nový rozměr. Prospěch z nových poznatků by měli mít nejen ti, kteří se chystají na Mars, ale i my, jimž tlusté od kosti, záliba ve vdechování kouře, případně sudičky, přichystají návštěvy pracovišť s cedulkou onkolologie. Z nositelů Y chromozomu, to čeká už každého třetího, a tak vše, co snižuje radiační zátěž a zvyšuje obnovu produkce krvinek, se může hodit.

Literatura

Hao Guo et al, Multi-omics analyses of radiation survivors identify radioprotective microbes and metabolites, Science (2020). DOI: 10.1126/science.aay9097